Как устроен плазморез по металлу схема

Обновлено: 07.07.2024

Сделать функциональный плазморез своими руками из серийного сварочного инвертора не так уж сложно, как это может показаться на первый взгляд. Для того чтобы решить эту задачу, необходимо подготовить все конструктивные элементы такого устройства:

плазменный резак (его также называют плазмотроном);
сварочный инвертор или трансформатор, который будет выступать в роли источника электрического тока;
компрессор, при помощи которого будет создаваться струя воздуха, необходимая для формирования и охлаждения потока плазмы;
кабели и шланги для объединения в одну систему всех конструктивных элементов аппарата.

Общая схема работы плазменной резки

Плазморез, в том числе и самодельный, успешно используется для выполнения различных работ как в производственных, так и в домашних условиях. Незаменим такой аппарат в тех ситуациях, когда необходимо выполнить точный, тонкий и высококачественный рез заготовок из металла. Отдельные модели плазморезов по своим функциональным возможностям позволяют использовать их в качестве сварочного аппарата. Такая сварка выполняется в среде защитного газа аргона.

Газовый шланг и обратный кабель для плазменной резки

При выборе для комплектации самодельного плазмотрона источника питания важно обращать внимание на силу тока, которую такой источник сможет вырабатывать. Чаще всего для этого выбирают инвертор, обеспечивающий высокую стабильность процессу плазменной резки и позволяющий более экономно расходовать электроэнергию. Отличаясь от сварочного трансформатора компактными габаритами и легким весом, инвертор более удобен в использовании. Единственным минусом применения инверторных плазморезов является трудность раскроя с их помощью слишком толстых заготовок.

Горелка плазменного резака ABIPLAS и ее составные части

При сборке самодельного аппарата для выполнения плазменной резки можно использовать готовые схемы, которые несложно найти в интернете. В Сети, кроме того, есть видео по изготовлению плазмореза своими руками. Используя при сборке такого устройства готовую схему, очень важно строго ее придерживаться, а также обращать особенное внимание на соответствие конструктивных элементов друг другу.

Схемы плазмореза на примере аппарата АПР-91

В качестве донора при рассмотрении принципиальной электрической схемы мы будем использовать аппарат плазменной резки АПР-91.

Схема силовой части (нажмите для увеличения)

Схема управления плазмореза (нажмите для увеличения)

Схема осциллятора (нажмите для увеличения)

Элементы самодельного аппарата для плазменной резки

Первое, что необходимо найти для изготовления самодельного плазмореза, – это источник питания, в котором будет формироваться электрический ток с требуемыми характеристиками. Чаще всего в этом качестве используются инверторные сварочные аппараты, что объясняется рядом их преимуществ. Благодаря своим техническим характеристикам такое оборудование обеспечивает высокую стабильность формируемого напряжения, что положительно сказывается на качестве выполнения резки. Работать с инверторами значительно удобнее, что объясняется не только их компактными габаритами и незначительным весом, но и простотой настройки и эксплуатации.

Принцип работы плазмореза

Благодаря компактности и небольшому весу плазморезы на основе инверторов можно использовать при выполнении работ даже в самых труднодоступных местах, что исключено для громоздких и тяжелых сварочных трансформаторов. Огромным преимуществом инверторных источников питания является и то, что они обладают высоким КПД. Это делает их очень экономичными в плане потребления электроэнергии устройствами.

В отдельных случаях источником питания для плазмореза может служить сварочный трансформатор, но его использование чревато значительным потреблением электроэнергии. Следует также учитывать и то, что любой сварочный трансформатор отличается большими габаритами и значительной массой.

Основным элементом аппарата, предназначенного для раскроя металла при помощи струи плазмы, является плазменный резак. Именно данный элемент оборудования обеспечивает качество резки, а также эффективность ее выполнения.

Форма и размер плазменной струи зависит от диаметра сопла

Для формирования воздушного потока, который будет преобразовываться в высокотемпературную струю плазмы, в конструкции плазмореза используется специальный компрессор. Электрический ток от инвертора и воздушный поток от компрессора подаются к плазменному резаку при помощи кабель-шлангового пакета.

Центральным рабочим элементом плазмореза является плазмотрон, конструкция которого состоит из следующих элементов:

сопла;
канала, по которому подается воздушная струя;
электрода;
изолятора, который одновременно выполняет функцию охлаждения.

Конструкция плазменного резака и рекомендации по его изготовлению

Первое, что необходимо сделать перед изготовлением плазмотрона, – это подобрать для него соответствующий электрод. Наиболее распространенными материалами, из которых делают электроды для выполнения плазменной резки, являются бериллий, торий, цирконий и гафний. На поверхности данных материалов при нагревании формируются тугоплавкие оксидные пленки, которые препятствуют активному разрушению электродов.

Сменные насадки для плазмотрона

Некоторые из вышеперечисленных материалов при нагревании могут выделять опасные для здоровья человека соединения, что следует обязательно учитывать, выбирая тип электрода. Так, при использовании бериллия формируются радиоактивные оксиды, а испарения тория при их соединении с кислородом образуют опасные токсичные вещества. Совершенно безопасным материалом, из которого делают электроды для плазмотрона, является гафний.

За формирование струи плазмы, благодаря которой и выполняется резка, отвечает сопло. Его изготовлению следует уделить серьезное внимание, так как от характеристик данного элемента зависит качество рабочего потока.

Строение сопла плазменной горелки

Наиболее оптимальным является сопло, диаметр которого составляет 30 мм. От длины данного элемента зависит аккуратность и качество исполнения реза. Однако слишком длинным сопло также не стоит делать, поскольку это способствует слишком быстрому его разрушению.

Как уже говорилось выше, в конструкции плазмореза обязательно присутствует компрессор, формирующий и подающий к соплу воздушный поток. Последний необходим не только для формирования струи высокотемпературной плазмы, но и для охлаждения элементов аппарата. Использование сжатого воздуха в качестве рабочей и охлаждающей среды, а также инвертора, формирующего рабочий ток силой 200 А, позволяет эффективно разрезать металлические детали, толщина которых не превышает 50 мм.

Выбор газа для плазменной резки металла

Для того чтобы приготовить аппарат для плазменной резки к работе, необходимо соединить плазмотрон с инвертором и воздушным компрессором. Для решения такой задачи используется кабель-шланговый пакет, который применяют следующим образом.

Кабелем, по которому будет подаваться электрический ток, соединяются инвертор и электрод плазмореза.
Шлангом для подачи сжатого воздуха соединяют выход компрессора и плазмотрон, в котором из поступающего воздушного потока будет формироваться струя плазмы.

Особенности работы плазмореза

Чтобы сделать плазморез, используя для его изготовления инвертор, необходимо разобраться в том, как такой аппарат работает.

После включения инвертора электрический ток от него начинает поступать на электрод, что приводит к зажиганию электрической дуги. Температура дуги, горящей между рабочим электродом и металлическим наконечником сопла, составляет порядка 6000–8000 градусов. После зажигания дуги в камеру сопла подается сжатый воздух, который проходит строго через электрический разряд. Электрическая дуга нагревает и ионизирует проходящий через нее воздушный поток. В результате его объем увеличивается в сотни раз, и он становится способным проводить электрический ток.

При помощи сопла плазмореза из токопроводящего воздушного потока формируется уже струя плазмы, температура которой активно повышается и может доходить до 25–30 тысяч градусов. Скорость плазменного потока, за счет которого и осуществляется резка деталей из металла, на выходе из сопла составляет порядка 2–3 метров в секунду. В тот момент, когда струя плазмы соприкасается с поверхностью металлической детали, электрический ток от электрода начинает поступать по ней, а первоначальная дуга гаснет. Новая дуга, которая горит между электродом и обрабатываемой деталью, называется режущей.

Характерной особенностью плазменной резки является то, что обрабатываемый металл плавится только в том месте, где на него воздействует плазменный поток. Именно поэтому очень важно сделать так, чтобы пятно воздействия плазмы находилось строго по центру рабочего электрода. Если пренебречь этим требованием, то можно столкнуться с тем, что будет нарушен воздушно-плазменный поток, а значит, ухудшится качество выполнения реза. Для того чтобы соблюсти эти важные требования, используют специальный (тангенциальный) принцип подачи воздуха в сопло.

Необходимо также следить за тем, чтобы не образовалось сразу два плазменных потока вместо одного. Возникновение такой ситуации, к которой приводит несоблюдение режимов и правил выполнения технологического процесса, может спровоцировать выход инвертора из строя.

Параметры плазменной резки различных металлов (нажмите для увеличения)

Важным параметром плазменной резки является скорость воздушного потока, которая не должна быть слишком большой. Хорошее качество реза и быстроту его выполнения обеспечивает скорость воздушной струи, равная 800 м/сек. При этом сила тока, поступающего от инверторного аппарата, не должна превышать 250 А. Выполняя работу на таких режимах, следует учитывать тот факт, что в этом случае увеличится расход воздуха, используемого для формирования плазменного потока.

Самостоятельно сделать плазморез несложно, если изучить необходимый теоретический материал, просмотреть обучающее видео и правильно подобрать все необходимые элементы. При наличии в домашней мастерской такого аппарата, собранного на основе серийного инвертора, может качественно выполняться не только резка, но и плазменная сварка своими руками.

Если в вашем распоряжении нет инвертора, можно собрать плазморез и на основе сварочного трансформатора, но тогда придется смириться с его большими габаритами. Кроме того, плазморез, изготовленный на основе трансформатора, будет обладать не очень хорошей мобильностью, так как переносить его с места на место затруднительно.

Как сделать плазморез из сварочного инвертора своими руками

Плазморез из инвертора своими руками — не самая простая, но осуществимая задача. Собрать резак по металлу в домашних условиях дешевле, чем покупать готовый аппарат.

Можно ли из инвертора сделать плазморез

Чтобы сделать плазморез из сварочного инвертора, в любом случае понадобится докупить некоторые комплектующие. Но аппарат сможет взять на себя роль источника питания. Он будет преобразовывать переменный ток в постоянный и поддержит работоспособность плазмореза.

Во многих случаях идеальным вариантом для конструирования резака считают сварочный трансформатор. Но у него есть свои минусы — агрегат слишком большой, потребляет много энергии и требует подключения к сети 380 В. Сварочный инвертор, в отличие от него, работает от бытовой розетки, экономно расходует электричество и показывает неплохой КПД.

Использовать плазморез из инвертора для сварки можно в гараже без переоборудования электросети

Важно! Единственным недостатком инвертора при переделке в плазменный резак считается ограниченная функциональность. С очень толстыми и плотными заготовками агрегат не справится.

Как устроен плазморез

Любой плазменный резак состоит из нескольких частей:

плазмотрона, отвечающего непосредственно за создание потока ионизированного газа;
сварочного трансформатора, выполняющего функции источника питания;
компрессора для нагнетания воздуха, проходящего через плазмотрон;
осциллятора, подающего напряжение для формирования раскаленного потока при включении в работу.

Также в комплект устройства обязательно входят кабели, соединяющие сварочный аппарат и горелку, и шланги для подачи воздуха или другого газа из компрессора.

Принцип работы плазмореза состоит в том, что при включении агрегата трансформатор подает напряжение на электрод и сопло. Осциллятор формирует электрическую дугу, а под действием последней разогревается до 8000 °С подаваемый в резак газ. Раскаленный поток с высокой скоростью выходит из сопла и касается разрезаемой детали, а ток идет через трансформатор, после чего специальное реле отключает осциллятор и вспомогательную дугу.

Схемы самодельного плазмореза из сварочного инвертора

Перед сборкой самодельного агрегата необходимо ознакомиться с чертежами. Прежде всего, нужно изучить принципиальную схему устройства плазмореза, которая показывает, как соединены между собой детали.

Принципиальная схема дает представление о сути установки

Также понадобится изучить схему управления плазморезом, сделанным из сварочного инвертора своими руками, подробно и внимательно. Она показывает расположение важнейших регуляторов и кнопок на резаке и блоке управления, а также отображает вольтметр, амперметр, датчики воздуха и давления.

При использовании плазмореза важно контролировать температуру и электрические показатели установки

В последнюю очередь нужно изучить схему подключения элементов установки. На ней указано, как именно требуется соединить части агрегата шлангами и кабелями.

Схема подключения отмечает длину и сечение проводов

Внимание! Поскольку плазморез является сложным электрическим агрегатом, при сборке устройства из инвертора нужно внимательно рассмотреть все доступные чертежи.

Как переделать сварочный инвертор в плазморез своими руками

Переделка сварочного инвертора в плазморез заключается в подготовке нескольких принципиально важных частей аппарата. Их собирают и приобретают по отдельности, после чего соединяют в конечное устройство согласно существующей схеме. Сам инвертор, в отличие от сварочного трансформатора, в усовершенствовании не нуждается, при подключении осциллятора он сможет работать в неизменном виде.

Как сделать плазмотрон

Плазмотрон является одной из важнейших деталей агрегата. Проще всего купить готовый резак, обладающий всеми необходимыми характеристиками. Но также его можно сделать самостоятельно из горелки для аргонодуговой сварки. В этом устройстве присутствует большинство нужных компонентов, в том числе:

клеммы и кабель для подключения тока;
рукав и направляющие для подачи газа на сопло;
вольфрамовый электрод 4 мм с возможностью регулировки положения.

При сборке плазмореза из инвертора резак требуется только немного доработать. Для этого нужно:

удалить тонкое латунное сопло и поставить прокладку из фторопласта для изоляции;
поверх нее установить латунный фиксатор для сопла из меди;
припаять или закрепить на корпусе хомутом кабель для вспомогательной электродуги.

Также на рукоять устанавливают выключатель, отвечающий за перевод самодельного плазмотрона в режим реза.

Как сделать осциллятор

Осциллятор в плазморезе из инвертора необходим для розжига дуги и поддержания ее в стабильном состоянии. Собрать компонент можно самостоятельно, к примеру, из трансформатора микроволновки. Сначала на нем заменяют первичную и вторичную обмотку и комплектуют сердечник кабелем нужного сечения, а затем размещают на плате разрядник для проведения искры и колебательный контур с высокочастотным конденсатором.

Подключение осциллятора в одной цепи с инвертором должно быть параллельным

Сделать деталь можно даже из старой катушки зажигания автомобиля. Но требуется учитывать, что сборка осциллятора может потребовать больших познаний в радиотехнике, чем создание самого плазмореза из инвертора. Поэтому проще всего купить готовый блок.

Как подобрать компрессор

Для формирования потока плазмы необходим не только ток, но и направленный поток сжатого воздуха. За него отвечает компрессор, этот элемент подбирают в соответствии с толщиной металла для реза. В частности, производительность 190 л в минуту позволит обрабатывать заготовки до 30 мм, 170 л в минуту — до 20 мм и так далее.

Компрессор лучше всего использовать заводской, но при желании можно взять деталь от холодильника

Важно обратить внимание также на параметры ресивера. Требуется объем больше 50 л, иначе работа плазмореза из инвертора будет неустойчивой.

Как выбрать или сделать кабель массы и кабель-шланг

Кабель массы отвечает за замыкание электродуги сварочного инвертора, выступающего в роли плазмореза, на детали. Его необходимо приобрести в специализированном магазине.

Важный элемент самодельного плазмореза — это шланг, объединяющий в себе несколько проводов и трубок. В его конструкцию входят:

электропроводка для соединения устройства с выключателем;
шланг компрессора с диаметром 10 мм;
два электрических кабеля — для массы и для электрода;
провод для вспомогательной дуги с сечением от 1,5 мм.

Особенное внимание нужно уделить параметрам электрокабеля. Сечение элемента подбирают в соответствии с производительностью инвертора и сделанного на его основе плазмореза. При токе 50 А и тонких металлических заготовках будет достаточно сечения 6 мм, если изоляция на кабеле не ПВХ, а жаростойкая, показатель можно взять еще меньше.

Широкий шланг позволяет компактно закрыть всю кабельную систему инверторного плазмореза

Кабель-шланг можно купить готовый, а можно сделать своими руками из шланга для подводки воды. Внутрь него помещают проводку, гибкую кислородную трубку и электрокабель.

Финальная сборка

После того, как все части плазмореза будут подготовлены, их останется только соединить. Делают это так:

воздушный шланг закрепляют на ресивере компрессора;
кабели для электродуги, резака и массы подключают к соответствующим клеммам на инверторе сварки;
соединяют электропроводкой выключатель на блоке управления и плазмотрон.

Перед первым включением аппарата рекомендуется проверить по схеме правильность подключения и убедиться в надежности креплений.

Проверка работоспособности

Полностью собранный плазморез из инвертора необходимо испытать, прежде чем пробовать выполнить с его помощью конкретные работы. Для этого:

на инвертор сварки подают питание на десять минут;
по истечении срока выключают и проверяют, нагрелся ли аппарат;
при положительном результате включают компрессор;
при заполненном ресивере открывают клапан подачи воздуха и посылают поток через плазмотрон;
нажимают на кнопку выключателя на ручке резака и возбуждают вспомогательную электродугу;
при подаче плазмы через сопло выполняют тестовый рез металлической заготовки.

В первый раз деталь для разрезания нужно брать тонкую и с минимальной плотностью. Но в целом видео о плазморезе своими руками из инвертора показывает, что правильно сконструированный аппарат сможет справляться с заготовками до 10 мм.

В первый раз нельзя использовать плазморез долго, после запуска его выключают и проверяют степень нагрева

Заключение

Плазморез из инвертора своими руками позволяет не тратиться на приобретение дорогого заводского аппарата. Мощность у самодельного устройства не самая высокая, но его возможностей хватает для обработки тонких листов металла.

Как работает плазморез — устройство, принцип работы

Плазменная резка широко используется в изготовлении металлоконструкций и других отраслях. С её помощью можно быстро и качественно разрезать любой токопроводящий материал, а также некоторые нетокопроводящие материалы – пластик, камень и дерево. Разрезать трубы, листовой металл, выполнить фигурный рез или изготовить деталь можно просто, быстро и удобно с помощью технологии плазменной резки. Чтобы работа с плазморезом давалась легко, а рез получался красивым и ровным, не мешает узнать принцип работы плазмореза, который даст базовое понятие, как можно управлять процессом резки. В статье мастер сантехник расскажет, как работает плазморез.

Как устроен плазморез

Главными узлами плазмореза являются:

Источник постоянного тока (трансформатор или инвертор);
Плазмотрон (плазменный резак);
Воздушный компрессор.

Применение постоянного тока обусловлено необходимостью регулирования температура пламени горелки, что невозможно при применении источников переменного тока.

Повышающие трансформаторы более громоздки, энергоемки, но при этом стойки к перепадам напряжения. Их преимуществом перед инверторами является возможность получать очень высокие напряжения, с их помощью специалисты могут резать металл больших толщин (до 8 см).

Инверторы занимают меньшую площадь и экономичнее трансформаторов (за счет более высокого КПД), однако, они не позволяют получать высоких напряжений. Как следствие – невозможность реза металла большой толщины (до 3 см).

Поэтому такие устройства распространены, по большей мере, на малых предприятиях и в небольших мастерских. Их принцип действия прост, поэтому агрегатом могут пользоваться младшие специалисты после проведения инструктажа, как работает аппарат.

Рабочий орган аппарата имеет сложное внутреннее устройство. В отличие от кислородно-ацетиленового резака, в случае плазменной сварки, он получил особое название – плазмотрон.

В его корпусе находятся следующие узлы:

Сопло;
Электрод;
Изолятор;
Узел приема сжатого воздуха.

Возбудителем электрической дуги является электрод. Материалами его изготовления, чаще всего, являются гафний, цирконий и бериллий. Эти редкие металлы имеют свойство образовывать тугоплавкие оксидные пленки, которые защищают электрод от разрушения под воздействием высоких температур. Однако, по своим экологическим характеристикам, гафний превосходит другие металлы, ввиду меньшей радиоактивности и применяется чаще остальных.

Сопло плазменного резака выполняет функцию создания высокоскоростного потока плазмы. Геометрическая конфигурация сопла определяет скорость работы и мощность плазмореза, а также качество получаемой кромки реза. Последний параметр зависит от длины сопла.

Воздушный компрессор нужен для получения сжатого воздуха требуемого давления. Помимо этого, он применяется еще и для охлаждения рабочих элементов плазмореза.

Источник питания, плазмотрон, и воздушный компрессор соединяет между собой комплекс кабелей и шлангов.

Все аппараты плазменной резки можно разделить на две категории: ручные плазморезы и аппараты машинной резки.

Ручные плазморезы используются в быту, на маленьких производствах и в частных мастерских для изготовления и обработки деталей. Основная их особенность в том, что плазмотрон держит в руках оператор, он ведет резак по линии будущего реза, держа его на весу. В итоге рез получается хоть и ровным, но не идеальным. Да и производительность такой технологии маленькая. Чтобы рез получился более ровным, без наплывов и окалины, для ведения плазмотрона используется специальный упор, который одевается на сопло. Упор прижимается к поверхности обрабатываемой заготовки и остается только вести резак, не переживая за то, соблюдается ли необходимое расстояние между заготовкой и соплом.

На ручной плазморез цена зависит от его характеристик: максимальной силы тока, толщины обрабатываемой заготовки и универсальности. Например, существуют модели, которые можно использовать не только для резки металлов, но и для сварки. Их можно отличить по маркировке:

CUT – разрезание;
TIG – аргонодуговая сварка;
MMA – дуговая сварка штучным электродом.

Сила тока и толщина заготовки – основные параметры, по которым подбирается плазморез. И они взаимосвязаны.

Чем больше сила тока, тем сильнее плазменная дуга, которая быстрее расплавляет металл. Выбирая плазморез для конкретных нужд, необходимо точно знать, какой металл придется обрабатывать и какой толщины. В приведенной ниже таблице указано, какая сила тока нужна для разрезания 1 мм металла. Обратите внимание, что для обработки цветных металлов требуется большая сила тока. Учтите это, когда будете смотреть на характеристики плазмореза в магазине, на аппарате указана толщина заготовки из черного металла. Если вы планируете резать медь или другой цветной металл, лучше рассчитайте необходимую силу тока самостоятельно.

Например, если требуется разрезать медь толщиной 2 мм, то необходимо 6 А умножить на 2 мм, получим плазморез с силой тока 12 А. Если требуется разрезать сталь толщиной 2 мм, то умножаем 4 А на 2 мм, получаем силу тока 8 А. Только берите аппарат плазменной резки с запасом, так как указанные характеристики являются максимальными, а не номинальными. На них можно работать только непродолжительное время.

Станок с ЧПУ плазменной резки используется на производственных предприятиях для изготовления деталей или обработки заготовок. ЧПУ означает числовое программное управление. Станок работает по заданной программе с минимальным участием оператора, что максимально исключает человеческий фактор на производстве и увеличивает производительность в разы. Качество реза машинным аппаратом идеально, не требуется дополнительная обработка кромок. А самое главное – фигурные резы и исключительная точность. Достаточно ввести в программу схему реза и аппарат может выполнить любую замысловатую фигуру с идеальной точностью. На станок плазменной резки цена значительно выше, чем на ручной плазморез. Во-первых, используется большой трансформатор. Во-вторых, специальный стол, портал и направляющие.

Аппараты машинной плазменной резки используют для охлаждения воду, поэтому могут работать всю смену без перерыва.

Так называемый ПВ (продолжительность включения) равен 100 %. Хотя у ручных аппаратов он может быть и 40 %, что означает следующее: 4 минуты плазморез работает, а 6 минут ему необходимо для того, чтобы остыть.

Чтобы понять принцип работы плазмореза, необходимо ознакомиться с технологией плазменной резки.

Прежде всего, необходимо определиться с понятием плазмы, а также для чего она нужна. Плазма – это высокотемпературный ионизированный газ, обладающий высокой электропроводностью.

Технологический процесс резки плазмой основан на идее газоэлектрической горелки, работающей на основе сварочной дуги. Это достигается построением специальной электрической цепи в следующей последовательности:

Вольфрамовый стержень соединяется с отрицательным полюсом источника постоянного тока;
Положительный полюс источника постоянного тока соединяется с соплом горелки или изделием;
Подача аргона или гелия в горелку.

Результатом этих операций становится загорание дуги между стержнем вольфрама и соплом. Образовавшаяся дуга подвергается сжатию под воздействием канала из жаропрочного сплава.

Вследствие этого, возникает очень высокое давление и происходит резкое повышение температуры дуги.

Возникновение потока плазмы генерирует вокруг себя сильное магнитное поле, еще сильнее сжимающее плазму и повышающее ее температуру.
Образовавшееся пламя плазмы достигает сверхвысоких температур: выше тридцати тысяч градусов Цельсия. Такое пламя в состоянии качественно как разрезать, так и сваривать любой материал.

В сюжете - Как работает плазморез

Особенности работы аппарата

При включении аппарата плазменной резки с трансформатора на плазмотрон поступает электрический ток высокого напряжения. Вследствие этого, образуется высокотемпературная электрическая дуга. Поток сжатого воздуха, проходя сквозь дугу, возрастает в объеме на один порядок и становится токопроводящим.

Ионизированный поток газа (плазма), за счет прохождения через сопло, увеличивает свои термодинамические характеристики: скорость возрастает до 800 м/с, а температура до 30 тыс. градусов Цельсия. Электропроводность плазмы сопоставима по значению с электропроводностью обрабатываемого металла.

Резание металла происходит вследствие его физического расплавления от действия высокой температуры. Незначительная окалина, которая возникает в процессе резки, сдувается потоком сжатого воздуха.

Скорость резания обратно пропорциональна диаметру сопла плазменной горелки. Для формирования качественной плазменной дуги следует применять тангенциальную или воздушно-вихревую подачу сжатого воздуха.
Особенность режущей дуги состоит в том, что ее действие носит локальный характер: в процессе резания не происходит деформации или нарушения поверхностного слоя обрабатываемого изделия.

Где применяются плазморезы

Плазменная резка и сварка являются незаменимыми способом обработки металла, когда дело касается работы с высоколегированными сталями. Поскольку такие материалы применяются в огромном числе отраслей промышленности, то применение плазморезов получает все большее развитие.

Наибольшее распространение плазменная сварка получила в изготовлении различных металлоконструкций. Плазменная резка металла также широко применяется в тяжелом машиностроении и при прокладке трубопроводов.
На крупных машиностроительных заводах получили распространение автоматизированные линии плазморезов.

Плазморезом следует производить резку абсолютно любых материалов по своему происхождению: как токопроводящих, так и диэлектрических.

Технология плазменной резки дает возможность резки стальных листовых деталей, особенно сложных конфигураций. Сверхвысокая температура пламени горелки позволяет резать жаропрочные сплавы, в состав которых входит никель, молибден и титан. Температура плавления этих металлов превышает 3 тыс. градусов Цельсия.

Плазморез является дорогостоящим профессиональным инструментом, поэтому практически не встречается в личном подсобном хозяйстве. Для единичных работ, в независимости от их сложности, мастера могут обойтись доступными инструментами для резки металла, например, электрической болгаркой.

Там же, где стоят задачи резки высоколегированных сплавов в промышленных масштабах, аппараты плазменной резки являются незаменимыми помощниками. Высокая точность реза, работа с любым материалом – достоинства плазморезов.

Ручная плазменная резка применяется в отраслях, где требуется изготавливать листовые детали сложных геометрических контуров. Примерами таких отраслей является ювелирная промышленность и приборостроение.

Плазморезы являются безальтернативным инструментом получения деталей сложного контура, особенно из тонколистовой стали. Там, где листовая штамповка не справляется с задачей получения изделий из очень тонкого листового проката, на помощь технологам приходит плазменная резка.

Не обходится без плазморезов и проведение сложных монтажных работ по установке металлоконструкций. При этом отпадает необходимость использовать кислородный и ацетиленовый баллоны, это повышает безопасность процесса резания металла. Этот технологический фактор облегчает проведение работ по резке металла на высоте.

Устройство плазмореза имеет свои особенности, поэтому аппарат имеет ряд негативных особенностей. Недостатком плазморезов считается высокая стоимость аппарата, сложная настройка и относительно невысокая толщина разрезаемого материала (до 22 см), в сравнении с кислородными резаками (до 50 см).

Ручной плазморез находит свое применение в небольших мастерских по производству сложных и нестандартных деталей. Особенностью работы ручного плазмореза, является высокая зависимость качества реза от квалификации резчика.

По той причине, что оператор плазменной резки держит плазмотрон на весу, производительность процесса резания металла невысокая. Для большего соответствия требуемым геометрическим характеристикам, для ведения рабочего органа плазмореза применяется специальный упор. Этот упор фиксирует сопло к поверхности заготовки на определенном расстоянии, что облегчает процесс резки.

Стоимость ручного плазмореза находится в прямой зависимости от его функциональных характеристик: максимального напряжения и толщины обрабатываемого материала.

Инструкция для изготовления самодельного плазмореза из сварочного трансформатора

Своими руками

Для резки листового металла используются различные механические приспособления, а также электросварка или газовый резак. Но кроме этих методов есть эффективный способ резки металла – плазменный резак. Установка заводского производства стоит достаточно дорого, но ее можно заменить самодельным плазморезом из сварочного трансформатора.

Внешний вид

Установка плазменной резки состоит из следующих частей:

плазменный резак или плазмотрон, создающий поток плазмы;
сварочный трансформатор, питающий плазмотрон;
осциллятор или блок поджига дуги, подающий высокое напряжение в момент начала реза для формирования потока плазмы;
компрессор для создания потока воздуха через плазмотрон;
кабеля, соединяющие сварочный аппарат, плазменную горелку и разрезаемую деталь;
шланги, по которым подается воздух или другой газ и, при необходимости, охлаждающая жидкость.

Плазменная головка внешне напоминает горелку для сварочного полуавтомата. К ней также подключаются кабеля и шланги, но из сопла вместо проволоки выходит поток плазмы, разогретой до 8000°С.

Принцип работы устройства

Установка плазменной резки представляет из себя своего рода гибрид электросварки и газового резака – металл плавится электричеством, а расплав выдувается потоком газа.

Основной частью этого аппарата является плазмотрон. Внутри него находится медный электрод со стержнем из тугоплавкого металла – бериллия, тория, циркония или гафния. На конце головки находится сопло, формирующее поток плазмы. Сопло отделено от электрода изолятором. Рез производится обратной полярностью – электрод является анодом, а сопло и разрезаемый металл катодом.

Работает установка следующим образом:

при включении агрегата на электрод и сопло подается напряжение от сварочного трансформатора;
при помощи осциллятора между этими элементами возникает вспомогательная электрическая дуга, ограниченная добавочным сопротивлением;
эта дуга разогревает газ, подаваемый в плазмотрон до 8000°С, что превращает его в плазму и увеличивает давление внутри головки;
потоком воздуха или другого газа поток плазмы выдувается из сопла;
при выходе из него плазма сжимается в узкий пучок, скорость которого может достигать 1500м/с, а температура 30000°С;
при соприкосновении плазмы и разрезаемой детали ток начинает идти через массу трансформатора;
токовое реле, установленное последовательно с деталью, отключает осциллятор и вспомогательную дугу.

Толщина разрезаемого металла зависит от силы тока сварочного трансформатора.

Информация! При токе более 100А плазмотрон и подходящий к нему кабель нуждаются в охлаждении проточной водой или другой охлаждающей жидкостью.

Достоинства и недостатки плазменной резки

Резка металла плазмой имеет преимущества перед другими способами:

возможность реза любых металлов и сплавов;
высокая скорость обработки;
чистая линия разреза без наплывов и потеков материала;
обработка производится без прогрева разрезаемых деталей;
не используются огнеопасные материалы, такие, как баллоны с кислородом и природным газом.

Недостатками плазменной резки являются:

сложность и высокая цена установки;
для каждого оператора с плазмотроном необходим отдельный трансформатор и пульт управления;
угол реза не более 50°;
большой шум при работе.

Для чего нужен трансформатор

Источником питания плазменной дуги служит трансформатор с выпрямителем. От его мощности зависит сила тока и скорость реза металла, а от выходного напряжения толщина разрезаемого материала.

Подключить установку плазменной резки можно не только к специальному трансформатору, но и к сварочному аппарату, обладающему необходимыми характеристиками.

Обойтись без такого устройства нельзя по нескольким причинам:

Трансформатор по самому принципу своей работы ограничивает ток во вторичной обмотке. При питании плазмотрона прямо от сети аппарат будет работать в режиме КЗ, поэтому ток реза и потребляемая мощность превысят любые допустимые величины.
Сварочный аппарат при работе выполняет роль разделительного трансформатора. При подключении плазмотрона без него горелка и деталь окажутся под напряжением, что опасно для жизни людей.

Схема

Как любая электроустановка, агрегат плазменной резки собирается согласно электросхемам.

Принципиальная

На этой схеме указаны все элементы установки независимо от их расположения. Основной целью этого чертежа является показать связи между деталями и упростить понимание работы установки.

На принципиальной схеме аппарата изображены следующие элементы:

питающий трансформатор с выпрямителем;
осциллятор;
токовое реле;
резистор, ограничивающий ток вспомогательной дуги;
контактор, отключающий эту дугу;
пускатель, включающий аппарат;
кнопка включения реза;
компрессор с аппаратурой управления.

Информация! Силовые цепи могут изображаться толстыми линиями.

Управления

В схеме управления показаны все кнопки и регуляторы, которые находятся на пульту или непосредственно на плазмотроне:

кнопки включения компрессора;
регулятор давления воздуха;
при наличии охлаждающей жидкости кнопки и регуляторы ее потоком;
амперметр;
вольтметр;
датчики протока воды и воздуха;
кнопка управления резом (может находиться на рукоятке плазмотрона).

Информация! Все эти элементы изображены так же на принципиальной схеме.

Подключения

На схеме подключения указаны кабеля и шланги, соединяющие все элементы между собой. На ней указывается сечение и длина проводов, а также место подключения.

Как изготовить плазменный резак

Рабочим инструментом установки плазменной резки является резак, или плазмотрон. Он создает поток воздуха, превращенный в плазму, разогретую до 30000°С, которая разрезает металл.

Изготовить его можно самостоятельно. Желательно в качестве образца использовать готовую конструкцию. Состоит плазмотрон из нескольких основных элементов:

Центральный держатель со сменным электродом. При токе реза до 100А и толщине металла до 50 мм держатель изготавливается из медного прута, в более мощных аппаратах внутри есть каналы для водяного охлаждения. Для поджига дуги расстояние между электродом и соплом должно быть 2 мм, поэтому для регулировки плазмотрона центральный стержень делается подвижным.
Изолятор между центральным электродом и наружным корпусом. Часть изолятора, ближняя к соплу, изнашивается и изготавливается сменной из фторопласта.
Наружный корпус со сменным соплом. Плазма образуется в камере между электродом и соплом. При изготовлении устройства с водяным охлаждением внутри стенок находятся каналы для охлаждающей жидкости.
Сменные насадки, кабеля – силовой и для вспомогательной дуги, шланги.

Информация! В устройствах с водяным охлаждением силовой кабель без изоляции и находится внутри шланга, подающего воду к горелке.

Один из способов изготовить такое устройство – это сделать его из горелки для аргонно-дуговой сварки. В ней есть большинство необходимых элементов:

вольфрамовый электрод Ø4мм с возможностью регулировки положения;
клемма и кабель для подачи к нему тока для сварки;
направляющие каналы и шланг для подвода газа к соплу.

Для доработки необходимо:

снять тонкостенное латунное сопло;
накрутить вместо него изолирующую прокладку из фторопласта цилиндрической формы с резьбой снаружи и внутри цилиндра;
сверху на прокладку накрутить латунный корпус с креплением для медного сопла;
к корпусу припаять или прижать хомутом кабель для вспомогательной дуги;
в рукоятке установить микровыключатель, включающий режим реза.

Сменные насадки

Сменными элементами, которые изнашиваются во время работы, являются электроды и сопла:

Электрод изготавливается из меди со вставкой из тугоплавкого металла – бериллия, тория, циркония и гафния. Вставка находится в центре, напротив отверстия сопла. Вспомогательная кратковременная дуга появляется между краем электрода и соплом, рабочая постоянная между вставкой и деталью, поэтому вставка, является самым изнашивающимся элементом и заменяется вместе с электродом.
Сопло формирует плазменную струю, образованную электродом. Оптимальный размер сопла 30мм, в центре находится отверстие Ø2мм. Во время работы плазма, проходящая через него, увеличивает диаметр канала, что делает поток газа шире, а рез менее аккуратным. Поэтому сопло, как и электрод, следует периодически менять.

Выбор газа

Несмотря на то, что любой металл можно разрезать потоком воздуха, создаваемым компрессором, для каждого из металлов есть оптимальный состав газа:

медь, латунь и титана – азот;
алюминий – смесь азота с водородом;
высоколегированная сталь – аргон.

Как изготовить сварочный трансформатор

Источником питания плазмы является сварочный трансформатор. Как и некоторые другие элементы его можно изготовить самостоятельно.

Необходимые параметры

Трансформатор для плазменной резки отличается от обычного сварочника напряжением холостого хода и составляет 220-250В. Это необходимо для создания и поддержания дуги между электродом и разрезаемой деталью. Мощность и ток вторичной обмотки зависят от предполагаемой толщины металла:

Источник питания необходим с “мягкой” характеристикой, напряжение при работе составляет 70В. Для работы вспомогательной дуги достаточен ток 5А. Он ограничивается сопротивлением 30-50Ом, изготовленным из толстой нихромовой проволоки.

Информация! Использовать обычный или инверторный сварочник не получится. У этих аппаратов недостаточное напряжение ХХ.

Как рассчитать

Расчет питающего трансформатора сводится к определению необходимых сечений магнитопровода, первичной и вторичной обмотки и числа витков.

Для аппарата, предназначенного для разрезания металла до 12 мм при токе 50А, напряжении холостого хода 200В и напряжении сети 220В эти параметры составляют:

сечение магнитопровода – 107 мм²
первичная обмотка – 225 витков медным проводом Ø4,7 мм;
вторичная обмотка – 205 витков медной проводом Ø5,04 мм².

Изготовление трансформатора

В связи с тем, что трансформатор должен иметь “мягкую” характеристику, катушки располагаются отдельно друг от друга. При использовании О-образного сердечника они находятся на разных стержнях, на Ш-образном магнитопроводе обмотки располагаются вдоль средней части.

Намотка катушек производится по расчетным параметрам на каркасах их электротехнического картона. Готовые обмотки обматываются стеклолентой или киперной лентой и покрываются краской.

После намотки обмоток и сборки магнитопровода на трансформатор крепится и подключается диодный мост из 4 диодов с радиаторами, собранный на текстолитовой площадке. Собранный трансформатор помещается в корпус, а вывода обмоток и диодного моста подключаются к клеммам на передней панели. Подключение выполняется согласно принципиальной схеме, учитывая наличие амперметров, вольтметров, пускателей и других деталей.

Осциллятор, подключенный последовательно со сварочником, имеет высокое выходное напряжение высокой частоты. Поэтому диоды в выпрямителе необходимо использовать высокочастотные или установить отдельный диодный мост, специально для вспомогательной дуги.

Другие комплектующие

Кроме плазмотрона и трансформатора в агрегате плазменной резки есть и другие элементы.

Компрессор

Самый распространенный рабочий газ – это сжатый воздух. Его можно использовать при резке почти всех металлов и сплавов. Источником сжатого воздуха является компрессор. Его можно использовать любой конструкции, минимальная производительность зависит от толщины металла:

16 мм – 140л/мин;
20 мм – 170л/мин
30 мм – 190л/мин.

Для более стабильной работы необходим ресивер емкостью от 50 литров, давление создаваемое компрессором должно быть более 4,5Бар.

Кабели и шланги

Для работы плазмореза с воздушным охлаждением кабель-шланговый пакет состоит из следующих элементов:

Силовой кабель. Его сечение зависит от номинальной мощности устройства. При токе 50А, достаточным для резки металла толщиной 10 мм и проводе в виниловой изоляции оно составляет 6мм². При использовании кабеля в жаропрочной изоляци сечение соответственно уменьшается. Этих кабелей необходимо 2 – один в кабель-шланговом пакете для электрода и второй для массы.
Провод для вспомогательной дуги. Сечение достаточно 1,5 мм². По допустимому нагреву кабель допускается более тонкий, но он имеет недостаточную механическую прочность.
Шланг для подачи воздуха. Внутренний диаметр 10 мм.
Провода для подключения микровыключателя.

Осциллятор

Это прибор, увеличивающий напряжение ХХ сварочного трансформатора до величины, обеспечивающий появление электрической дуги без предварительного контакта электрода и массы.

Осцилляторы, используемые в агрегатах плазменной резки, подключаются последовательно с трансформатором и добавляют к постоянному напряжению 220В переменное, частотой до 250кГц и напряжением до 6кВ.

Сам по себе этот прибор не выдает ток, опасный для здоровья людей и, тем более, не способен создать дугу для сварки или резки металла. Основное предназначение этого устройства в создании искры между электродами. Эта искра является проводником и “прокладывает путь” для сварочного выпрямителя.

Совет! Вместо осциллятора допускается использование электронного зажигания автомобиля.

Окончательная сборка

Сборка самодельного агрегата плазменной резки заключается в соединении всех элементов кабелями и шлангами:

кабеля для электрода, массы и вспомогательной дуги подключаются к соответствующим клеммам на сварочном трансформаторе;
воздушный шланг присоединяется к ресиверу компрессора;
провода, идущие к микровыключателю на рукоятке, подключаются к схеме управления.

Проверка

Для проверки собранного устройства необходимо произвести пробный рез металла:

После завершения испытаний отключить аппарат от сети и снова проверить все элементы на нагрев.

Правила техники безопасности при работе плазморезом

Процесс плазменной резки при несоблюдении правили работы является опасным для здоровья и жизни людей. Основными вредными факторами являются:

Брызги расплавленного металла. Во время реза поток плазмы расплавляет металл и выдувает его из разрезаемой детали. Попадание расплавленных капель на горючие вещества приводит к их возгоранию, а попадание на кожу вызывает сильные ожоги, вплоть до IV степени (обугливание). Для защиты необходимо направлять поток плазмы в сторону от людей и горючих материалов.
Вредные газы и пыль. Во время реза металл на только расплавляется, но и горит. Образующийся при этом дым вреден для здоровья. Кроме того горят загрязнения на поверхности деталей. Поэтому рабочее место необходимо оборудовать вытяжной вентиляцией и работать в респираторе.
Яркий свет. Во время работы электросварки и резки плазмой, образованной электрической дугой, кроме видимого света появляется ультрафиолет. Этот вид излучения приводит к ожогам сетчатки глаз. Для защиты рабочее место огораживается переносными щитами, а резчик должен пользоваться защитным щитком.
Температура. После завершения работы края детали некоторое время остаются нагретыми до высокой температуры и прикосновение к ним может привести к ожогам. Для того, чтобы избежать подобных травм к разрезанным деталям можно прикасаться только в защитных рукавицах или через некоторое время, достаточное для остывания кромок.

Средняя стоимость трансформаторного плазмореза, собранного своими руками

Стоимость самодельного плазмореза зависит от цены комплектующих. В идеале такой аппарат собирается из различного старого хлама и запчастей, имеющихся в мастерской.

В любом случае следует ориентироваться на цену магазинного плазмореза, которая зависит от толщины разрезаемого металла, наличия дополнительных аксессуаров, фирмы производителя и других факторов.

Средняя стоимость подобных устройств зависит от толщины разрезаемого металла:

до 30 мм – 150–300 тыс. руб.;
25 мм – 81–220 тыс. руб.;
17 мм – 45–270 тыс. руб.;
12 мм – 32–230 тыс. руб.;
10 мм – 25–20 тыс. руб.;
6 мм – 15–20 тыс. руб.

Совет! У разных производителей различная цена на комплектующие, поэтому один из способов сэкономить — это приобрести все детали по-отдельности и собрать аппарат самостоятельно из готовых элементов.

Параметры плазменной резки различных металлов

Несмотря на то, что все материалы можно резать в одном режиме, для улучшения качества обработки различные металлы и сплавы требуют разных режимов реза, газа и настройки оборудования:

Углеродистая сталь – воздух, азот, кислород. Диаметр сопла 3 мм, скорость реза 0,3-5,5 мм/мин.
Нержавеющая сталь – воздух, азот, водородно-аргонная смесь. Диаметр сопла 3 мм, скорость реза 0,3-5,5 мм/мин.
Алюминий – азот, водородно-аргонная смесь. Диаметр сопла 2-3 мм, скорость реза 0,1-1,6 мм/мин.
Медь и сплавы – воздух свыше 40 мм, азот – 5-15 мм. Диаметр сопла 3-3,5 мм, скорость реза 0,4-3 мм/мин

Информация! Скорость реза зависит от тока установки и толщины детали. При этом важно, чтобы конец дуги “не отставал” от ее начала.

Плазменная резка металла — это современный способ обработки. Наличие такого аппарата, сделанного из сварочного трансформатора, в мастерской расширяет возможности мастера.

Плазморез

В это воскресенье (22-04-2018) наконец-таки попробовал, что такое плазморез.
Болгарка, конечно хорошо, но резать криволинейные резы ей не получается. Да и толстый металл тоже не особо порежешь. А мне нужно вырезать кусок ржавой рамы из УАЗика и вварить усиление…

В общем, приобрёл вот такого самого наидешманского китайца:

И попробовал порезать пластинку.
Первые впечатления:
1. Очень похоже на газовый резак, обязательно нужны защитные очки/маска. Я с непривычки наловился "зайцев".
2. Ещё толком не понял, что такое контактный поджиг. Пока зажигаю просто нажимая (удерживая) кнопочку и стукая соплом по металлу.

Рез металла толщиной 2 мм получился вот такой. Ток 25-30 А.
Поначалу, пока приноравливался как разжигать дугу, выжег целый кусок пластины:

С обратной стороны:

В конце рука пошла криво:

Горелку немного подпалил:

Пользуюсь одноцилиндровым компрессором с двиглом на 1,5 кВт. Производительность вроде бы 220 л/мин.
Его производительности хватает только-только.

Точнее, пока плазморез режет, а компрессор работает, то давление в баллоне компрессора поддерживается постоянным, т.е. не растёт и не падает. Я выставлял 4 очка.

02-05-2018
Разобрался, как надо резать.
Во-первых, головка плазмореза была собрана впопыхах, неправильно — центральный электрод касался сопла. Поэтому без зазора не резал. Пересобрал и всё завелось!
Режет аж бегом.
Во-вторых, начинать рез удобно на зачищенной поверхности. Коррозию или любое покрытие не любит — плохо зажигается дуга.
Но если начал резать, то дальше уже всё равно, есть покрытие или нет — прорезает и всё.
В общем виде это выглядит так:
— подключаем массу к детали,
— прижимаем головку плазмореза к поверхности детали так, чтобы был контакт головки с деталью. При этом струя из сопла должна иметь выход, иначе будет плавиться головка.
— нажимаем на кнопочку, включается продувка и идут разряды — через полсекунды загорается дуга и выдувает расплавленный металл детали.

Прорезал в трубе два отверстия.
Раз головка уже под-убитая — поначалу я резал с зазором, дуга гуляла по поверхности, часть отражалась обратно к соплу и подплавила его — то резал без предварительного насверливания. Хотя лучше всегда начинать рез с кромки, хотя бы просверленного отверстия или с края листа. Но мне надо было с середины.
Прорезал отлично.
И когда прижимаешь головку, то дуга горит внутри — защитные очки не нужны.
Я доволен, как слон!

05-09-2018
Случилось так, что болгарка откинула копыта. Пришлось резать уголки плазмой.

Это же просто удовольствие одно!
А когда потом стал резать длинный листовой металл — только тогда оценил удобство и быстроту относительно болгарки.
По деревянному брусочку режет ровно, края чуток оплавляет, они не острые.
Всё тихо, беспыльно и ровно. Красота!

14-04-2019
Напишу, как он режет толстый металл.
Максимум, что резал я — это полки швеллера с уклоном от 7 мм до 12 мм.
Получалось вот так:

12 мм резал на полном токе (43 А), но шло с трудом. Не сразу проплавляет и плохо выдувает (давление 4 ат).

Вчера нужно было вырезать в уголке 50х5 отверстие, резал так:

В процессе работы выключили свет, пришлось работать от бензогенератора по-очереди — сначала компрессор, потом 5-6 см режем, воздух кончается и опять: глушим плазму, качаем воздух…
В общем, от генератора на 2,5 кВт (3 кВт максималка) предельный рабочий ток получился 23 А.
При 25 А защита станции ещё не срабатывала, но отключался сам плазморез из-за снижения напряжения.

Жаль, не замерил потребляемый по сети ток… Но в принципе и так всё ясно.

23 А хватает чтобы прорезать 5 мм сталь

07-07-2019
Понадобилось разрезать железнодорожный башмак.

Толщина в месте реза — 15 мм.
Разрезал с превеликим трудом.

Пришлось повысить давление воздуха до 6 ат, иначе расплавленный металл не успевал выдуваться из реза.
Ток максимальный — 45 А.
В процессе сжёг два сопла, но рез проплавил.
Да, ещё возникает вопрос, что такое переключатель 2,5С — 5С ?
Это время продувки горелки после окончания реза. 2,5 или 5 секунд :)

Читайте также: